近日,美国空军授予了普惠公司一份价值15亿美元的合同,用以维护和升级F22的F119发动机,涉及的发动机总数达400台。



维护的部分比较简单,就是对F119的部件进行维护保养,对状态不好的部件进行更换。此外,还要加装新的全寿命监控系统,用以对发动机的运行状况和备件更换情况进行管控。

F119要增推

而该合同的主要内容,则是对400台发动机进行升级,最重要的升级就是对F119的FADEC,即数字式全权限控制系统进行修改,以改善F119的包线推力性能,说白了就是要增推,因为通过以往的分析和对飞行员的采访发现,F119需要彻底释放推力,不能再藏着掖着了。
之所以这么急着增推,原因也很简单,涡扇15和AL51F1的开发都取得了重大进展,二者的推力都达到了18吨的级别,而F119推力却不足16吨,这就太不符合F22重型五代机的身份了。中国六代机的出现也给美国F-22和F-35两型五代机很大压力。



(涡扇15版歼20)

而一种涡扇发动机要增加推力,无非采取以下这几种方式:
一,提高涡轮前温度。涡轮前温度是航空发动机第一级涡轮导向叶片进口处的温度。提高涡轮前温度可以使发动机的推力显著增大,相关资料显示,涡轮前温度每提高50℃,涡扇发动机就能增推10%,提高100℃,增推幅度就能达到30%,但涡轮前温度增加后,涡轮叶片和涡轮盘的耐高温性能或冷却系统的效率也要相应提高,否则发动机的寿命会下降。
二,增加发动机转速,增加转速是为了提高发动机的总压比,而总压比指的是发动机出口气流的压力与进口气流压力的比值,总压比越高,发动机对空气的压缩效率就越高,燃烧效率也就上去了,推力也就越大。但总压比提高了,压气机叶片的设计和制造水平也得上去,否则,发动机容易出现喘振现象,就跟人岔气了差不多。



(F119发动机结构图)

三,加大涵道比。涵道比指的是涡扇发动机外涵道与内涵道空气流量的比值。提高涵道比的增推效果也非常显著,比如F135发动机的涵道比从F119的0.36提高到0.57,推力就增加了3吨之多。但增大涵道比跟以上两种方式不一样,不是改进或更换某个硬件就能做到的,需要对发动机进行重新设计。

F119要通过修改软件的方式增推

但通过美国空军跟普惠签订的这份合同来看,并不涉及硬件的升级,只是通过对FADEC的修改来增推,也就是说,只通过升级软件来增推。说得难听点,就是靠牺牲发动机的维护性和寿命来提高推力,这恐怕才是普惠要为F119加装新型全寿命监控系统的真正原因。
这也很容易理解,从不久前美国空军要退役33架F22来看,F22的机体寿命已经所剩不多。但F119发动机就不一样了,其设计使用寿命约为4300小时,远低于F22的寿命,这就意味着,美军现役的F22已经更换过一次发动机了,而现在F22要退役了,可后来换上的发动机寿命还很长。
这就意味着,一旦F22退役,其F119发动机剩下的寿命就浪费了,倒不如用修改软件的方式增推,把发动机的寿命转换成推力。另外,还有一个很及时的好处,那就是最近曝出的一份文件显示F119的推重比只有7,而F119增推就相当于辟谣了,因为释放增推潜力本身就表明了7的推重比站不住脚。



(最近曝出的文件显示,F119的推重比只有7)

但这么干的弊端也是很明显的,首先是降低了发动机的维护性,会导致F22的出勤率下降,如果发动机转速增加了的话,还有可能导致喘振,增加了事故隐患。其次,F22的机体强度也未必能承受F119增大了的推力。最后是F22的配平阻力比较大。因此,即使F119增推幅度较大,F22的超巡速度也未必能提高多少。

结语

总之,F119通过修改FADEC升级推力性能,表明其在设计之初就预留了很大的增推潜力。虽然我国通过爆震发动机技术的局部领先,率先试飞了两款六代机,但在传统涡扇发动机领域,美国的积淀仍然非常深厚,中美在这方面的差距仍然很大。

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